专利名称：提高测井电缆频带宽度的方法
该方法是针对现用测井铠装电缆的频带宽度较窄，限制了测井技术的进一步发展而提出的，目的是从频带宽度的角度出发，寻求提高现用测井电缆数据传输速度的有效方法，从而从根本上解决以前仅从提高数据编码效率和在小频带宽度上提高载波速度来达到高速数据传输的目的所带来的局限。
测井系统中数据传输速度一直深受人们的关注，较低的数据传输速度限制了目前包括成像测井技术在内的一些新技术的进一步发展，限制测井数据的有效利用率，成为一个不小的障碍。提高数据传输速率是一个非常关键的问题，这已成为测井界的一个共识，为此各大公司都非常注重研究高速数据传输速度的技术。
目前在这方面最具代表性的是具世界最高技术水平的法国斯伦贝谢公司，在现有测井电缆的频带宽度上利用高效率编码达到了500 KBPS的数据传输速度，并以此速度为系统命名为MAXIS 500，由此可见传输速度对于电缆测井的重要性。
就是MAXIS 500的500 KBPS的传输速度也还不能满足日益发展的测井技术，特别是数据量极大的成像测井技术和其它组合测井技术的需要，为解决测井数据传输通道的瓶颈问题，寻求解决现有技术局限的有效方法已成为技术发展的迫切需要。
纵观几家有代表性的测井电缆遥传系统，传送方式都采用了不同编码效率的调制方式，同时利用了缆芯多路复用技术，但都是在现有电缆频宽的基础上进行的，不能从根本上解决问题。
为便于对比和描述，给出附
图1、附图2、附图3。
附图1是电缆示意图测井铠装电缆由外层、内层铠装钢丝和七根电缆缆芯组成，铠装钢丝位于最外层，放入井下时，与地层或井中泥浆相接触七根缆芯中，第七号缆芯位于中心，其余六根按序以一定螺距绕在第七号缆芯上，缆芯间及缆芯与铠装外皮间相互绝缘。缆芯的直流电阻为10.9Ω/KFt，电容为37～58PF/Ft。
附图2是原测井电缆电气联接关系原理图地面电源经变压器耦合通过1号和4号缆芯向井下仪器供电，提供电源；7号缆芯和铠装外皮间组成数据传输模式7，2号、5号、3号、6号组成数据模式2和模式5。这种联接方式中，模式5和模式7的传输带宽各为100KHz，模式2的传输带宽为50KHz，电缆总的带宽为250KHz。
附图3是按附图2进行电气联接时三种方式的频率响应图是美国西方阿特拉斯公司利用长度为3×104英尺(9.144Km)，绝缘材料为聚丙烯的测井电缆的频率响应图，图中2、5、7分别指示模式2、模式5、模式7的频率响应曲线，Y则指示新的电气联接方式下电缆的频率响应曲线。
经多次探索与试验，找到一种可提高现用测井电缆频带宽度的方法，利用这种方法可使电缆总的频带提高到400KHz，是原来的1.6倍，其核心是传输通道的电气隔离，它可消除其余缆芯的分布电容对传输信号缆芯的影响。附图4是这种方法的电气联接原理图，图中PWR1、PWR2是与PWR间无电气相通的独立电源，它们可以是独立的干电池、蓄电池、光电池等，同时，PWR1、PWR2间无电气相关性。在缆芯利用上，1号和4号仍作供电用，7号与铠装外皮仍联接成模式7。
附图5是实际测试的电路图，测试条件746V型电缆长度6700米。
下表是测试结果记录
上表中的测试结果用曲线表示为附图3中的曲线Y。
附图5中负载电烙铁25W是为考察实际测井时缆芯1号和4号间的电流是否会对隔离数据传输通道产生影响而接的，观察发现接上负载与否对传输通道无影响。
从附图3中的曲线对比可以看到传输通道电气隔离后可使缆芯间的频带由100KHz提高到150KHz；若把2号、5号间和3号、6号间分别接成电气隔离模式，则总的频带宽度为400KHz，较以前提高60％，这样，在同样编码效率下，数据传输通道传输能力可提高60％。
在下面的分析中，还可看到这种方法的诸多优点。
优点1利用电气隔离方法传输数据可极大地降低不同通道间的信号串扰。在附图2的电气相关联接方式中，串扰的形成一方面是耦合变压器的不对称造成的，另一方面是缆芯的不对称造成的；而缆芯的不对称是无法克服的，只可能减小，不可能彻底消除，当采用电气隔离传输时，传输通道间无电气关系，所以由各种不对称性引起的串扰不复存在。
优点2在相同的传输速度下，可提高通道的信噪比。这一点可从附图3中的曲线Y与曲线5的对比中看到相同条件下，电气隔离传输的信号衰减量小得多。
优点3利用电气隔离传输，不增加设备、技术的复杂程度。除提供电气隔离电源外，其它技术要求可不变，同时，还可降低数据传输耦合变压器的要求，或者取消传输耦合变压器而采用线驱动器来实现。
优点4从附图3的对比曲线可看到，电气隔离传输对于频率小于40KHz的低频分量衰减小，也利于低频数据的传送。
参见附图6，利用光电池提供PWR1、PWR2、PWR3、PWR4四个独立的电源，利用光电耦合器件实现电气隔离的数据传送。能达到180℃的高温、低功率(小于10W)的光电池技术是成熟的，只需作外观机械尺寸的改变以适应井下仪器的需要；工作频率可达200KHz的光电隔离耦合器件也是有的。
根据数据传输工程理论，若采用α＝1/3的升余弦脉冲进行4电平的16QAM调制，电缆总的最高数据传输速率为400KHz×3＝1200KBPS，是目前传送最快的MAXIS 500系统的2倍多，且误码性能与采用16QAM调制的MAXIS 500性能一致。
权利要求
1.提高测井电缆频带宽度的方法的实质和核心是传输通道的电气隔离，利用这一方法可使通道间的电容影响最小，使一对缆芯间的频带宽度由100KHz扩展到150KHz，三对缆芯的总频带由250KHz扩展到400KHz，此时，各路通道信号衰减量小于40dB，电气隔离方法为电源的隔离(如利用独立的干电池，独立的光电池)及数据的光电隔离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是铠装多芯电缆数据传输通道的电气隔离；利用隔离数据传输通道，在此基础上进行数据通讯及利用此方法开发、设计和生产测井电缆遥测遥传系统。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是数据传输通道的电气不相关隔离。它不同于利用直流—直流、交流—直流变换器等方法获得隔离电源的电气相关隔离。
全文摘要
现用测井电缆频带宽度较窄,已成测井数据传输通道的瓶颈,本方法从提高电缆频带宽度出发,为根本解决现用测井电缆数传速度问题提供了有力的保证。利用这一方法扩展电缆频带,由100KHz扩展到150KHz,三对缆芯的总频带由250KHz扩展到400KHz,是以前的1.6倍。方法的核心是数据传输通道的电气隔离。摘要附图是这一方法的原理示意图。方法用于提高现用测井电缆频带宽度,主要解决电缆频带不够带来的数据传输通道瓶颈问题。
文档编号G08C15/00GK1245244SQ9811219
公开日2000年2月23日 申请日期1998年8月19日 优先权日1998年8月19日
发明者杨勇 申请人:杨勇